计模式之结构型模式

Posted 2021-09-07 915e3eft

简述
在面向对象编程中，有两个常见的对象设计方法，组合和继承，两者都可以解决代码复用的问题，但是使用后者时容易出现继承层次过深，对象关系过于复杂的副作用，从而导致代码的可维护性变差。因此，一个经典的面向对象设计原则是：组合优于继承。

我们都知道，组合所表示的语义为“has-a”，也就是部分和整体的关系，最经典的组合模式描述如下：

将对象组合成树形结构以表示“部分-整体”的层次结构，使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。

Go语言天然就支持了组合模式，而且从它不支持继承关系的特点来看，Go也奉行了组合优于继承的原则，鼓励大家在进行程序设计时多采用组合的方法。Go实现组合模式的方式有两种，分别是直接组合（Direct Composition）和嵌入组合（Embedding Composition），下面我们一起探讨这两种不同的实现方法。

Go实现
直接组合（Direct Composition）的实现方式类似于Java/C++，就是将一个对象作为另一个对象的成员属性。

一个典型的实现如《使用Go实现GoF的23种设计模式（一）》中所举的例子，一个Message结构体，由Header和Body所组成。那么Message就是一个整体，而Header和Body则为消息的组成部分。

type Message struct {

Header *Header
Body   *Body

}
现在，我们来看一个稍微复杂一点的例子，同样考虑上一篇文章中所描述的插件架构风格的消息处理系统。前面我们用抽象工厂模式解决了插件加载的问题，通常，每个插件都会有一个生命周期，常见的就是启动状态和停止状态，现在我们使用组合模式来解决插件的启动和停止问题。

首先给Plugin接口添加几个生命周期相关的方法：

复制代码
package plugin
...
// 插件运行状态
type Status uint8

const (

Stopped Status = iota
Started

)

type Plugin interface {
// 启动插件

Start()

// 停止插件

Stop()

// 返回插件当前的运行状态

Status() Status

}
// Input、Filter、Output三类插件接口的定义跟上一篇文章类似
// 这里使用Message结构体替代了原来的string，使得语义更清晰
type Input interface {

Plugin
Receive() *msg.Message

}

type Filter interface {

Plugin
Process(msg *msg.Message) *msg.Message

}

type Output interface {

Plugin
Send(msg *msg.Message)

}
复制代码
对于插件化的消息处理系统而言，一切皆是插件，因此我们将Pipeine也设计成一个插件，实现Plugin接口：

复制代码
package pipeline
...
// 一个Pipeline由input、filter、output三个Plugin组成
type Pipeline struct {

status plugin.Status
input  plugin.Input
filter plugin.Filter
output plugin.Output

}

func (p *Pipeline) Exec() {

msg := p.input.Receive()
msg = p.filter.Process(msg)
p.output.Send(msg)

}
// 启动的顺序 output -> filter -> input
func (p *Pipeline) Start() {

p.output.Start()
p.filter.Start()
p.input.Start()
p.status = plugin.Started
fmt.Println("Hello input plugin started.")

}
// 停止的顺序 input -> filter -> output
func (p *Pipeline) Stop() {

p.input.Stop()
p.filter.Stop()
p.output.Stop()
p.status = plugin.Stopped
fmt.Println("Hello input plugin stopped.")

}

func (p *Pipeline) Status() plugin.Status {

return p.status

}
复制代码
一个Pipeline由Input、Filter、Output三类插件组成，形成了“部分-整体”的关系，而且它们都实现了Plugin接口，这就是一个典型的组合模式的实现。Client无需显式地启动和停止Input、Filter和Output插件，在调用Pipeline对象的Start和Stop方法时，Pipeline就已经帮你按顺序完成对应插件的启动和停止。

相比于上一篇文章，在本文中实现Input、Filter、Output三类插件时，需要多实现3个生命周期的方法。还是以上一篇文章中的HelloInput、UpperFilter和ConsoleOutput作为例子，具体实现如下：

复制代码
package plugin
...
type HelloInput struct {

status Status

}

func (h HelloInput) Receive() msg.Message {
// 如果插件未启动，则返回nil

if h.status != Started {
    fmt.Println("Hello input plugin is not running, input nothing.")
    return nil
}
return msg.Builder().
    WithHeaderItem("content", "text").
    WithBodyItem("Hello World").
    Build()

}

func (h *HelloInput) Start() {

h.status = Started
fmt.Println("Hello input plugin started.")

}

func (h *HelloInput) Stop() {

h.status = Stopped
fmt.Println("Hello input plugin stopped.")

}

func (h *HelloInput) Status() Status {

return h.status

}
package plugin
...
type UpperFilter struct {

status Status

}

func (u UpperFilter) Process(msg msg.Message) *msg.Message {

if u.status != Started {
    fmt.Println("Upper filter plugin is not running, filter nothing.")
    return msg
}
for i, val := range msg.Body.Items {
    msg.Body.Items[i] = strings.ToUpper(val)
}
return msg

}

func (u *UpperFilter) Start() {

u.status = Started
fmt.Println("Upper filter plugin started.")

}

func (u *UpperFilter) Stop() {

u.status = Stopped
fmt.Println("Upper filter plugin stopped.")

}

func (u *UpperFilter) Status() Status {

return u.status

}

package plugin
...
type ConsoleOutput struct {

status Status

}

func (c ConsoleOutput) Send(msg msg.Message) {

if c.status != Started {
    fmt.Println("Console output is not running, output nothing.")
    return
}
fmt.Printf("Output:\\n\\tHeader:%+v, Body:%+v\\n", msg.Header.Items, msg.Body.Items)

}

func (c *ConsoleOutput) Start() {

c.status = Started
fmt.Println("Console output plugin started.")

}

func (c *ConsoleOutput) Stop() {

c.status = Stopped
fmt.Println("Console output plugin stopped.")

}

func (c *ConsoleOutput) Status() Status {

return c.status

}
复制代码
测试代码如下：

复制代码
package test
...
func TestPipeline(t *testing.T) {

p := pipeline.Of(pipeline.DefaultConfig())
p.Start()
p.Exec()
p.Stop()

}
// 运行结果
=== RUN TestPipeline
Console output plugin started.
Upper filter plugin started.
Hello input plugin started.
Pipeline started.
Output:

Header:map[content:text], Body:[HELLO WORLD]

Hello input plugin stopped.
Upper filter plugin stopped.
Console output plugin stopped.
Hello input plugin stopped.
--- PASS: TestPipeline (0.00s)
PASS
复制代码
组合模式的另一种实现，嵌入组合（Embedding Composition），其实就是利用了Go语言的匿名成员特性，本质上跟直接组合是一致的。

还是以Message结构体为例，如果采用嵌入组合，则看起来像是这样：

type Message struct {

Header
Body

}
// 使用时，Message可以引用Header和Body的成员属性，例如：
msg := &Message{}
msg.SrcAddr = "192.168.0.1"